1、第三节第三节 陶瓷材料基本知识陶瓷材料基本知识第四军医大学口腔医学院口腔材料教研室2 陶瓷概述陶瓷概述（Introduction to ceramic materials）一、陶瓷简介一、陶瓷简介 二、陶瓷的结构二、陶瓷的结构 三、普通陶瓷三、普通陶瓷 四、特种陶瓷四、特种陶瓷 五、陶瓷的性能五、陶瓷的性能3一、陶瓷简介一、陶瓷简介粉体粉体坯体坯体陶瓷陶瓷成型成型烧结烧结1.1.陶瓷的定义陶瓷的定义 以以粘土、长石、石英粘土、长石、石英为主要原料，为主要原料，经过粉碎、混炼、成型、煅烧等制作的产品。经过粉碎、混炼、成型、煅烧等制作的产品。广义陶瓷：用广义陶瓷：用陶瓷生产方法陶瓷生产方法制造的无
2、机非金属固制造的无机非金属固体材料。体材料。42.发展概况发展概况陶瓷是我国古代劳动人民的伟大发明之一。陶瓷是我国古代劳动人民的伟大发明之一。china：陶瓷；中国：陶瓷；中国 china:昌南镇昌南镇5 我国是我国是陶瓷生产大国陶瓷生产大国，日用陶瓷、建卫陶，日用陶瓷、建卫陶瓷产量均为世界第一，占世界产量的瓷产量均为世界第一，占世界产量的2/32/3。我国又是我国又是陶瓷出口大国陶瓷出口大国，20092009年出口金额年出口金额为为56.7856.78亿美元，出口亿美元，出口170170多个国家。多个国家。出口额占世界整个行业的出口额占世界整个行业的40%40%，其中佛山，其中佛山占占60%
3、60%。6先进陶瓷材料先进陶瓷材料 7 SiO2 Al2O3 R2O+RO 6575 730 4333.主要化学组成（质量%）84.陶瓷的结构陶瓷的结构 陶瓷材料的结合键陶瓷材料的结合键 离子晶体离子晶体-以离子键结合的晶体。金属氧化物。以离子键结合的晶体。金属氧化物。MgO、Al2O3、ZrO2共价晶体共价晶体-以共价键结合的晶体。以共价键结合的晶体。金刚石、金刚石、SiC、Si3N4、BN9陶瓷材料的相组成陶瓷材料的相组成陶瓷一般是多相多晶材料。由陶瓷一般是多相多晶材料。由晶体相、晶体相、玻璃相、气相玻璃相、气相组成。组成。10l晶体相晶体相 陶瓷材料最主要的组成相陶瓷材料最主要的组成相
4、主晶相主晶相 氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐）、氧化物、非氧氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐）、氧化物、非氧化物化物11玻璃相玻璃相 玻璃相是陶瓷材料的玻璃相是陶瓷材料的原子不规则排列原子不规则排列的组的组成部分，其结构类似于玻璃。成部分，其结构类似于玻璃。积极作用：填充晶体之间的空隙，积极作用：填充晶体之间的空隙，提高提高材材料的料的致密度致密度；降低烧结温度降低烧结温度；阻止晶型转变、；阻止晶型转变、抑制晶粒长大抑制晶粒长大。不利影响：不利影响：降低陶瓷强度降低陶瓷强度和耐热性能。和耐热性能。12云母玻璃陶瓷中的玻璃相云母玻璃陶瓷中的玻璃相13气相气相 陶瓷气孔陶瓷气孔主要是坯体各成分在加热过程主要是坯体各
5、成分在加热过程中发生物理、化学作用所生成的空隙。中发生物理、化学作用所生成的空隙。气孔对陶瓷的性能是气孔对陶瓷的性能是不利的不利的，它，它降低降低材材料的强度，是料的强度，是造成裂纹的根源。造成裂纹的根源。14二硅酸锂玻璃陶瓷中的气孔二硅酸锂玻璃陶瓷中的气孔植骨用多孔陶瓷植骨用多孔陶瓷15日用瓷日用瓷建卫瓷建卫瓷工业瓷工业瓷三、普通陶瓷三、普通陶瓷(traditional ceramics)普通陶瓷普通陶瓷以以天然硅酸盐天然硅酸盐(粘土、石英、长石粘土、石英、长石)为为原料烧成的制品。原料烧成的制品。普通陶瓷普通陶瓷的分类的分类161.日用瓷日用瓷 餐具瓷餐具瓷 茶具瓷茶具瓷 172.建卫瓷建
6、卫瓷 内墙砖内墙砖-建筑瓷建筑瓷 卫浴瓷卫浴瓷 183.工业瓷工业瓷 电瓷绝缘子电瓷绝缘子微孔陶瓷过滤板微孔陶瓷过滤板19陶陶 吧吧20四、特种陶瓷四、特种陶瓷(advanced ceramics)结构陶瓷结构陶瓷 功能陶瓷功能陶瓷以以非硅酸盐类非硅酸盐类化合物或人工合成化化合物或人工合成化合物为原料烧成的制品。合物为原料烧成的制品。特种陶瓷特种陶瓷特种陶瓷特种陶瓷的分类的分类21氧化物结构陶瓷氧化物结构陶瓷 Al2O3 ZrO2 碳化物结构陶瓷碳化物结构陶瓷 SiC C氮化物结构陶瓷氮化物结构陶瓷 Si3N41.结构陶瓷结构陶瓷结构陶瓷的种类结构陶瓷的种类22特点：特点：化学稳定性好、抗氧化
7、性强、熔融温化学稳定性好、抗氧化性强、熔融温度高、高温强度高。度高、高温强度高。氧化铝氧化铝 氧化锆氧化锆氧化物结构陶瓷氧化物结构陶瓷 23Al2O3陶瓷的性能特点及应用陶瓷的性能特点及应用 强度高、硬度高：强度高、硬度高：机械加工磨料、磨具机械加工磨料、磨具熔点高、抗腐蚀：熔点高、抗腐蚀：耐火材料耐火材料优良的化学稳定性：优良的化学稳定性：坩埚坩埚 人体关节人体关节 优良的光学特性：优良的光学特性：透光材料透光材料 纳蒸汽灯管纳蒸汽灯管24氧化铝坩埚氧化铝坩埚透明氧化铝透明氧化铝25SiC陶瓷陶瓷性能特点：高硬度、高的高温强度、高导热性、性能特点：高硬度、高的高温强度、高导热性、抗蠕变性好、
8、抗酸和金属熔体、不抗碱抗蠕变性好、抗酸和金属熔体、不抗碱 应用：高温结构材料应用：高温结构材料 发动机、喷管等。发动机、喷管等。26碳化硅陶瓷轴承碳化硅陶瓷轴承碳化硅耐腐蚀潜水泵碳化硅耐腐蚀潜水泵272.功能陶瓷功能陶瓷功能陶瓷的种类功能陶瓷的种类光学陶瓷光学陶瓷 光纤光纤 激光晶体材料激光晶体材料 生物陶瓷生物陶瓷 人工关节人工关节 口腔陶瓷口腔陶瓷28光学陶瓷光学陶瓷光光 纤纤激光晶体材料激光晶体材料 29生物陶瓷生物陶瓷人工关节人工关节口腔陶瓷30五、陶瓷材料的性能五、陶瓷材料的性能 (一一)力学性能力学性能硬度硬度 陶瓷的硬度很高陶瓷的硬度很高-1000Hv1500Hv （普通淬火钢（
9、普通淬火钢-500800Hv）。）。刚度刚度 陶瓷的刚度很高陶瓷的刚度很高-刚度反映其化学键能刚度反映其化学键能 31强度强度理论强度高理论强度高-离子键和共价键离子键和共价键实际强度要较理论强度低实际强度要较理论强度低-组织的不均匀性，内组织的不均匀性，内部杂质和各种缺陷部杂质和各种缺陷晶粒越细，强度越高。晶粒越细，强度越高。高温强度、高温抗蠕变能力、抗氧化性优于金属高温强度、高温抗蠕变能力、抗氧化性优于金属材料材料-常用于高温材料常用于高温材料(一一)力学性能力学性能32(一一)力学性能力学性能强度特点：强度特点：压缩强度远高于拉伸强度。压缩强度远高于拉伸强度。表表 长石烤瓷材料主要机械性
10、能长石烤瓷材料主要机械性能 机械性能机械性能数值范围数值范围压缩强度压缩强度(MPa)345拉伸强度拉伸强度(MPa)34.633塑性和韧性塑性和韧性陶瓷的陶瓷的塑性塑性和和韧性韧性较低，无塑性变形，脆性断裂较低，无塑性变形，脆性断裂-陶瓷最大的弱点。陶瓷最大的弱点。断裂的原因：陶瓷内部和表面所产生的微裂纹，断裂的原因：陶瓷内部和表面所产生的微裂纹，在受到外应力时快速扩展。在受到外应力时快速扩展。(一一)力学性能力学性能34陶瓷材料的热膨胀系数小，这是由于晶体陶瓷材料的热膨胀系数小，这是由于晶体结构和化学键决定的。一般为结构和化学键决定的。一般为10-510-6/K。（二）陶瓷的热学性能（二）陶瓷的热学性能熔点熔点陶瓷由离子键和共价键结合，具有较高陶瓷由离子键和共价键结合，具有较高的熔点。的熔点。热膨胀热膨胀35（三）陶瓷的电学和光学性能（三）陶瓷的电学和光学性能电学性能电学性能陶瓷由于晶界和气孔的存在一般不透陶瓷由于晶界和气孔的存在一般不透明。通过改变烧结方法和控制晶粒的明。通过改变烧结方法和控制晶粒的大小，可制备出大小，可制备出透明透明氧化物陶瓷。氧化物陶瓷。光学性能光学性能陶瓷是良好的绝缘体，具有介电特性，陶瓷是良好的绝缘体，具有介电特性，介电损耗很小。介电损耗很小。
